アミノアシラーゼ

酵素学では、アミノアシラーゼ（EC 3.5.1.14）は化学反応を触媒する酵素である。

N-アシル-L-アミノ酸  + H ₂ O ⇌ カルボキシレート+ L-アミノ酸       

したがって、この酵素の2 つの基質はN-アシル-L-アミノ酸とH ₂ Oであり、その 2 つの生成物はカルボキシレートとL-アミノ酸です。

この酵素は加水分解酵素のファミリーに属し、ペプチド結合以外の炭素-窒素結合、特に直鎖アミドに作用します。この酵素クラスの系統名は、 N-アシル-L-アミノ酸アミド加水分解酵素です。一般的に使用される他の名前には、デヒドロペプチダーゼII、ヒストチーム、ヒップリカーゼ、ベンズアミダーゼ、アシラーゼI、ヒップラーゼ、アミド酸デアシラーゼ、L-アミノアシラーゼ、アシラーゼ、アミノアシラーゼI、L-アミノ酸アシラーゼ、アルファ-N-アシルアミノ酸加水分解酵素、長アシルアミドアシラーゼ、および短アシルアミドアシラーゼがあります。この酵素は、尿素回路とアミノ基の代謝に関与します。

2007 年末現在、このクラスの酵素の2 つの構造が解明されており、PDBアクセッション コードは 1Q7L と 1YSJ です。これらの構造は、アミノアシラーゼの 2 つの既知の一次アミノ酸配列にも対応しています。関連論文では、アミノアシラーゼを構成する 2 種類のドメインが特定されています。1つは Zn ²⁺イオンに結合する亜鉛結合ドメイン、もう 1 つは亜鉛結合ドメインの二量体化を促進するドメインです。[1] [2] アミノアシラーゼの活性部位は 2 つの亜鉛結合ドメインの間にあるため、この二^量体化によって触媒作用が発生します。[ ^1]

結合した亜鉛はN-アシル-L-アミノ酸 基質の結合を促進し、構造変化を引き起こしてタンパク質の サブユニットを基質の周りに集め、触媒作用を起こすことができます。^[3] アミノアシラーゼ1はヘテロ四量体構造で存在し、2つの亜鉛 結合ドメインと2つの二量体化ドメインが集まってアミノアシラーゼ1の四次構造を形成します。

アミノアシラーゼは、機能するために補因子として亜鉛（Zn ²⁺）を必要とする金属酵素である。^{[3] [4]}アミノアシラーゼ内の亜鉛イオンはそれぞれ、ヒスチジン、グルタミン酸、アスパラギン酸、水に配位している。[ 1 ] [ 3 ] [ 5 ]^{亜鉛イオン}は^水を分極させ、近くの塩基性残基による脱プロトン化を促進する。^{[3] [5]}負に帯電した水酸化物イオンは求核性であり、基質のアシル基の求電子性カルボニル炭素を攻撃する。^[5]この時点以降の正確なメカニズムは不明であるが、1つの可能性として、カルボニルが再形成してアミド結合を切断し、2つの生成物を形成することが考えられる。メカニズムのある時点で、別の水分子が入り込んで亜鉛と配位し、酵素を元の状態に戻す。 ^[5]

水による求核攻撃は、アミノアシラーゼの触媒 機構の律速段階である。^[6]この求核攻撃は可逆的であるが、その後の段階は速く不可逆的である。^{[6]この反応シーケンスは}ミカエリス・メンテン反応速度論の一例であり、古典的なミカエリス・メンテン酵素実験により、 K _M、K _cat、V _max、ターンオーバー数、基質特異性を決定することができる。^[6] 2番目と3番目の前進段階では、反応生成物の形成と放出が起こる。^[6]

アミノアシラーゼは腎臓で発現し、N-アシル-L-アミノ酸をL-アミノ酸としてリサイクルし、尿素回路の調節を助けます。

N-アシル-L-アミノ酸は、 L-アミノ酸のN末端が アシル基と共有結合して形成されます。アシル基はアミノ酸に安定性を与え、分解に対する耐性を高めます。また、N-アシル-L-アミノ酸はタンパク質の構成要素として直接使用することはできず、まずアミノアシラーゼによってL-アミノ酸に変換される必要があります。L-アミノ酸生成物も、生合成または異化エネルギーに使用できます。

アミノアシラーゼは尿素回路の調節に関与している。N-アセチル-L-グルタミン酸は、NH 4 + 分子を尿素回路に送る_{重要な酵素であるカルバモイルリン酸合成酵素のアロステリック活性化因子である。[7] 尿素回路は体内の余分なアンモニア（NH 4 + ）を除去するが、アミノ酸分解により大量のNH 4} ^{+ が}生成されるため、タンパク質異化が増加^する時期には、このプロセスは上方制御されなければならない。 [ 7 _]^アミノ酸異化が増加する_と^、 N-アセチルグルタミン^酸合成酵素が上方制御され、より多くのN-アセチル-L-グルタミン酸が生成され、カルバモイルリン酸合成酵素が上方制御され、異化による余分なNH ₄ ⁺を処理できるようになる。^[7]

アミノアシラーゼは栄養不足や飢餓のときにアップレギュレーションされ、N-アセチル-L-グルタミン酸の分解を引き起こし、カルバモイルリン酸合成酵素と尿素回路の残りの部分をダウンレギュレーションします。栄養不足は処分する必要のある NH4 ⁺がそれほど多くないことを意味し、体_はできる限り多くのアミノ酸を回収しようとするため、この反応は進化的に有利です。^[7]

アミノアシラーゼ1欠損症（A1D）は、染色体3p21のアミノアシラーゼ1遺伝子（ACY1 ）の常染色体劣性変異によって引き起こされる稀な疾患です。 ^{[8] [9] [10] [11] [12]} A1Dによって引き起こされる機能的なアミノアシラーゼ1の欠乏は、機能不全の尿素回路を引き起こし、発作、筋緊張低下、知的障害、精神運動発達障害などの一連の神経疾患を引き起こします。^{[8] [13] [14] [15]} A1Dは自閉症とも関連しています。^[16] A1D患者は出生後すぐに症状を発現し始めることがよくありますが、その後数年で完全に回復するようです。^{[13] [14] [15]}

アミノアシラーゼ2欠損症（カナバン病とも呼ばれる）は、ASPA遺伝子（17番染色体上）の変異によりアミノアシラーゼ2酵素が欠損することで起こるもう一つの稀な病気です。アミノアシラーゼ2はN-アセチルアスパラギン酸を加水分解できるのに対し、アミノアシラーゼ1は加水分解できないことで知られています。^[17]

アミノアシラーゼは、1950年代後半から工業現場でL-アミノ酸の製造に使用されてきました。 ^{[18]アミノアシラーゼは}N-アシル-L-アミノ酸に対して基質特異的であり、N-アシル-D-アミノ酸に対しては基質特異的ではないため、アミノアシラーゼを使用してこれら2つの反応物の混合物を取得し、Lエナンチオマーのみを生成物に変換することができます。これは、未反応のN-アシル-D-アミノ酸から溶解度によって分離できます。^{[18] [19]}このプロセスは長年バッチリアクターで行われていましたが、 1970年代後半に、アミノアシラーゼをカラムに配置し、 N-アシルアミノ酸を連続的に洗浄する、より高速で無駄の少ないプロセスが開発されました。^{[18] [20]}このプロセスは、今日でも工業現場で使用され、エナンチオマー特異的な方法でN-アシルアミノ酸をアミノ酸に変換しています。

過去半世紀にわたる多くの科学的研究では、豚アミノアシラーゼがモデルアミノアシラーゼ酵素として使用されてきました。^[21]豚アミノアシラーゼのアミノ酸配列と一次構造は決定されています。^[4]豚アミノアシラーゼ1は、それぞれ406個のアミノ酸からなる2つの同一のヘテロ二量体サブユニットで構成され、それぞれのN末端にはアセチルアラニンがあります。^[4]豚アミノアシラーゼは、ヒトアミノアシラーゼとは構造が異なりますが、その機能は再現されています。^{[1] [4] [22]このデータから、これら2つの}酵素は共通の祖先タンパク質から進化し、時間の経過とともに機能を保持しながら構造が分岐したと推測できます。^{[1] [4]}